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实验三 乙苯脱氢制苯乙烯 一．实验目的 1．掌握乙苯脱氢实验的反应过程和反应机理、特点，了解副反应和生成副产物的过程。 2．学习气固相管式催化反应器的构造、原理和使用方法，学习反应器正常操作和安装。 3．自动控制仪表的使用，如何设定温度和加热电流大小。怎样控制床层温度分布。 4．了解气相色谱的原理和构造，掌握色谱的正常使用和分析条件选择，学习如何手动进样分析液体成分。 5．学习微量泵和蠕动泵的原理和使用方法，学会使用湿式流量计测量流体流量。 二．实验仪器和药品 乙苯脱氢气固反应器，气相色谱及计算机数据采集和处理系统，精密微量液体泵（苯），蠕动泵（水）。 乙苯脱氢催化剂，化学纯乙苯，蒸馏水。（分析纯苯，分析纯甲苯） 三．实验原理 乙苯脱氢生成苯乙烯和氢气是一个吸热、分子数增加的可逆反应。提高反应温度、降低反应压力，都能提高反应转化率。 乙苯脱氢生成苯乙烯反应转化率，不但受催化剂和工艺条件的限制，更受到热力平衡的限制。为了提高反应的单程转化率，在80年代国外开发了乙苯脱氢—氢氧化新工艺。我国燕山石化公司也在2001年首次采用了这种生产工艺。由于反应产物中的氢气可以和空气中的氧气发生氧化反应，这样就破坏了原来的化学平衡，使反应向着有利于生成苯乙烯的方向进行。同时，氢燃烧生成的热量，也正好用于反应物料的再加热，有利于节约能源，降低生产成本。 本实验仍然采用一步反应，即乙苯脱氢生成苯乙烯。该反应所用催化剂为α—Al2O3上负载Fe元素，然后烘干、活化，得到工业用催化剂。 乙苯脱氢生成苯乙烯过程，在水蒸气存在下，有以下反应： 主反应：C6H5C2H5→C6H5C2H3+H2 ⑴ 副反应：C6H5C2H5→C6H6+C2H4 ⑵ C6H5C2H5+ H2→C6H5CH3+CH4 ⑶ C+H2O→CO2+2H2 CH4+H2O→CO+3H2 C2H4+2H2O→2CO+4H2 CO+ H2O→CO2+H2 在实验中，前两个副反应生成的产物苯和甲苯留在了液相冷凝液中，而其他几个副产物都是挥发气体，进入尾气湿式流量计计量总体积后排出。 不同反应温度下，反应⑴、⑵、⑶的反应热可以用下式估算： -△H1=-120679-4.56T（J/mol） ⑷ -△H2=-108750+7.95T（J/mol） ⑸ -△H3=53145+13.18T （J/mol） ⑹ 主反应乙苯脱氢的化学平衡方程式可以用下式来表示： LnKp=19.67-1.537×104/T-0.5223LnT ⑺ 乙苯脱氢反应的动力学模型可以用Carra双曲模型： rSty=k1（PEB-Psty PH2/Kp）/（PEB+kαPsty） ⑻ rBen=k2 PEB/（PEB+kαPsty） ⑼ rTol= k3 PEBPsty/（PEB+kαPsty） ⑽ 式中： rSty、rBen、rTol(mol/kg·s)分别表示主产物苯乙烯生成速度、副产物苯和甲苯生成速度。 PEB、Psty、PH2(kpa)分别表示混合气终中乙苯、苯乙烯和氢气的分压。 对于不同的反应温度，通过计算不同的转化率和反应速率，可以得到不同反应温度下的反应速率常数，并得到温度的关联式。 四．实验步骤 1．准备工作： （1）色谱连接： 检查作为色谱载气的氢气钢瓶压力是否大于2.5MPa，如果小于2.5 MPa，要更换钢瓶。检查无误后，接好色谱载气接口，处理好色谱尾气接口，检查色谱柱的连接情况。 （2）催化剂的装填： 先准备好催化剂，然后用干量筒量取催化剂10ml，在精密天平上称重并记录。根据反应管的内径，计算出10ml催化剂所占高度，然后根据恒温区曲线确定其在反应管中的最好装填位置，使催化剂处于恒温区。 准备2~3mm的碎瓷环，瓷环应预先在稀盐酸中浸泡，并经过水洗、高温烧结，以除去催化活性。 从装置上拆下反应管，在反应器底部加入少量岩棉，然后放入适量高度的瓷环（以确保催化剂处于恒温区的最佳位置），准确量取瓷环高度并记录。再放入少量岩棉，加入0.5ml石英砂，将称量好的催化剂，缓慢、全部加入到反应器中，并轻微震动，然后记录催化剂高度，确定催化剂在反应器内装填高度。再装入碎瓷环至反应管口（切记不要填至反应管密封口处）。装填过程中可以轻轻敲打反应管外壁，以保证不出现架桥现象。然后将反应器顶部密封。 （3）校正蠕动泵流量： 根据实验要求，校正两个蠕动泵的流量（泵的使用方法见说